Johdanto


Erilaiset kannettavat ja langattomat elektroniikkalaitteet ovat teknologian kehityksen myötä nykypäivän ihmiselle arkipäivää. Kaikki niistä tarvitsee toimiakseen sähköenergiaa, joka on varastoituna akkuihin. Akkuja on lukemattomasti erilaisia käyttötarkoituksesta riippuen, kuten on myös akkulatureita, joiden avulla energia varastoidaan akkuun. Akkulaturi on yleensä verkkovirtaan kytkettävä laite, joka sisältää muuntajan ja tasasuuntaajan, sekä laturin tyypistä riippuen myös mahdollisesti latauksenhallintalogiikkaa. Kodin elektroniikassa käytettävien laturien latausvirrat ja –jännitteet ovat melko pieniä (jännitteet muutamia voltteja ja virrat muutamia satoja milliampeereita). Suurempitehoisia akkuja ja latureita löytyy yleisesti esimerkiksi autoista ja moottoripyöristä sekä sähkömoottorikäyttöisistä laitteista, kuten sähkötrukista.[1]

Laturityyppejä[2]


Yksinkertaiset akkulaturit tuottavat jatkuvaa tasavirtaa/jännitettä akulle. Yksinkertaisimmillaan tällainen laturi on verrattavissa AC/DC-muuntajaan. Yleisesti latausaika on hieman pidempi verrattuna kehittyneempiin versioihin, sekä riskinä akun vahingoittuminen ylilatautumisen seurauksena. Ylilatautuminen tapahtuu, jos akkua pidetään liian pitkään kytkettynä laturiin, joka ei muuta ulostuloaan ajan tai akun lataustason mukaan.

Aikasäädetyt laturit lopettavat lataamisen tietyn ennalta määrätyn ajan kuluttua. Tämä laturityyppi oli 1990-luvun lopulla yleisin suurikapasiteettisten NiCd-akkujen latauksessa. Rajoitettu latausaikakin mahdollistaa ylilatautumisen, jos akku ei ole tyhjä laturiin kytkettäessä.

Älykkäämmät laturit seuraavat akun jännitettä, jonka perusteella ne säätävät latausvirran ja -jännitteen sopivaksi. Laturin ulostuloon voi vaikuttaa myös akun lämpötila tai latausaika. Yleensä älykäs laturi lataa akun nopeasti noin 85% maksimiarvosta, jonka jälkeen pienentää lataustehoa. Näin vältytään ylilataamiselta ja mahdollistetaan akulle optimaalisin lataus.

Niin kutsutut pikalaturit hyödyntävät akuissa itsessään olevaa mikropiiriä, joka kontrolloi latausta saaden aikaan mahdollisimman nopean latauksen kennoja vahingoittamatta. Nykyaikaiset matkapuhelimien laturit toimivat puhelimen sisällä olevan mikropiirin ohjaamana. Tämä mahdollistaa puhelimen huolettoman lataamisen – voidaan jättää pitkäksi aikaa lataukseen tai ladata lähes täydessä kapasiteetissaan olevia akkuja ilman vaurioita.

Jotkut laturit hyödyntävät pulssiteknologiaa. Laturi syöttää akulle pulsseja, joilla on tarkasti säädelty pulssin leveys, taajuus, amplitudi ja nousuaika. Teknologia soveltuu monen tyyppiselle akulle riippumatta sen koosta, kapasiteetista, jännitteestä tai kemiallisesta rakenteesta. Pulssien avulla ladattaessa voidaan käyttää korkeita hetkellisiä jännitteitä ylikuumentamatta akkua. Lyijyakun tapauksessa pulssit hajottavat lyijysulfaattikiteitä, mikä pidentää huomattavasti akun käyttöikää. Jotkut laturit tarkistavat pulssien avulla aluksi akun varaustilan, tämän jälkeen lataavat nopeasti lähes täyteen kapasiteettiin asti jatkuvalla virralla, mutta lopuksi vaihtaa pulsseihin ladaten näin akun täyteen saakka.

Induktiolaturit käyttävät sähkömagneettista induktiota latausmenetelmänä. Yleensä ladattava laite, esimerkiksi sähköhammasharja, laitetaan latauslaitteeseen/telineeseen, joka lähettää sähkömagneettista energiaa muuttuvan magneettivuon avulla. Tämä latausmenetelmä ei vaadi galvaanista yhteyttä laturin ja akun välille, joten se on kosteissakin tiloissa erittäin turvallinen eikä riskiä sähköiskusta tai oikosulusta ole.

Matkapuhelimen laturi


Useimmat nykyaikaiset matkapuhelimien laturit eivät enää ole latureita sanan varsinaisessa merkityksessään. Ne ovat lähinnä muuntajia, jotka tarjoavat puhelimessa olevalle latausta ohjaavalle mikropiirille teholähteen latausta varten. Yleisesti matkapuhelimien akut voivat ottaa vastaan latausjännitteitä suurelta vaihteluväliltä, mutta yleensä jännite on 5 voltin tuntumassa.[3]

Latureita on runsaasti erilaisia ja niiden jännitetasot ja virrat vaihtelevat. Siksi laturi useinkaan ei sovi monen eri puhelinmallin lataukseen, ainakaan eri valmistajien kesken. Myös liitäntästandardeja laturin ja puhelimen välillä on useita erilaisia. Vuoden 2010 alusta alkaen Apple, Nokia, Motorola, Samsung ja RIM ovatkin alkaneet käydä neuvotteluja yhteisestä laturistandardista, joka perustuisi mikro-USB-liittimeen.[4]

Auton laturi


Autoissa, moottoripyörissä ja muissa samantapaisissa laitteissa on akku käynnistystä ja sähköjärjestelmän ylläpitoa varten. Tällöin niissä on myös laturi, joka muuttaa moottorin käydessä mekaanista energiaa sähköenergiaksi sähkömagneettisen induktion avulla. Laturi toimii siis samaan tapaan kuin generaattori. Laturia pyörittävä mekaaninen energia siirretään kiilahihnan välityksellä moottorilta.[5]

Tasavirtalaturi

1960-luvulle asti yleisesti käytössä oli niin kutsuttu tasavirtalaturi, jossa laturin rungossa olevien käämien läpi kulkeva virta aiheuttaa ympärilleen magneettikentän. Kenttä indusoi sähkömotorisen voiman roottorissa oleviin johdinsilmukoihin. Tasavirtalaturin ulostuloteho otetaan tietyssä vaiheessa roottorin pyörähdystä kommutaattorin avulla, mistä teho johdetaan eteenpäin hiiliharjoja pitkin. Kommutaattori rajoittaa pyörimisnopeuden melko pieneksi ja saa aikaan hiilien nopean kulumisen. Välityssuhteen pitää olla säädetty niin, että laturin roottori ei pyöri liikaa suurillakaan moottorin kierroksilla. Tästä seuraa että alhaisilla moottorin kierrosluvuilla lataus on heikkoa.[6]

Vaihtovirtalaturi[7] [8]

Yleisesti vaihtovirtalaturissa roottorissa olevat käämit synnyttävät virran avulla magneettikentän ja ulostuloteho saadaan siten staattorin käämeistä. Järjestys on siis päinvastainen tasavirtalaturiin nähden. Roottorille riittää melko pieni kenttävirta, jota syöttävät hiiliharjat ja liukurenkaat. Kommutaattoria ei tarvita, joten laturin pyörimisnopeutta voidaan kasvattaa tasavirtalaturiin nähden. Tämä mahdollistaa sellaisen välityssuhteen, että laturi pystyy lataamaan akkua jo moottorin tyhjäkäyntikierroksilla.

Vaihtovirtalaturin ulostulona on nimensä mukaisesti vaihtosähköä. Akkua varten vaihtosähkö on kuitenkin tasasuunnattava. Tämä toteutetaan diodisillan avulla. Vaihtovirtalaturissa ei ole juurikaan kuluvia osia ja se on melko kevyt, yksinkertainen ja tehokas tasavirtalaturiin verrattuna. Vaihtovirtalaturi syrjäyttikin tasavirtalaturin diodien kehityksen myötä. Yksityiskohtainen selostus vaihtovirtalaturista löytyy lähteestä 8.

Esimerkki laturista


Kuvassa näkyvä akkulaturi on matkapuhelimen laturi vuodelta 1998. Laturin päältä löytyvistä tiedoista tärkeimmät ovat Input- ja Output-arvot. Input kertoo millaiseen sähköverkkoon kyseinen laturi voidaan kytkeä ja Output millaiselle akulle laturi soveltuu. Piirrosmerkeissä olevasta informaatiosta löytyy maakohtaisten standardien lisäksi muun muassa se, että kyseessä on suojaeristetty sisäkäyttöön tarkoitettu laite.
Laturi.jpgTiedot.jpg

Rakenne


Kuten kuvasta nähdään, kyseisen laturin suurin komponentti on rautasydäminen muuntaja. Tässä tapauksessa muuntaja on suojattu liialliselta kuumenemiselta lämpösulakkeella, joka katkaisee ensiöpuolen virran 130 celsiuksen lämpötilassa. Muuntajan jälkeen piirilevyltä löytyy neljä diodia, jotka muodostavat diodisillan ja toimivat kokoaaltotasasuuntaajana. Tämän jälkeen jännite vielä suodatetaan kondensaattorin avulla lähemmäksi tasajännitettä. Puhelimessa itsessään on todennäköisesti ollut elektroniikkaa, joka on säädellyt lataustapahtumaa optimaaliseksi akulle.
Rakenne2A.jpg Rakenne3A.jpg
  1. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Laturi, luettu 26.01.2010
  2. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_charger, luettu 27.01.2010
  3. ^ http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_charger, luettu 30.01.2010
  4. ^ http://www.pcworld.com/article/167578/universal_chargers_are_a_good_start_5_more_things_that_need_conformity.html, luettu 30.01.2010
  5. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Laturi, luettu 05.02.2010
  6. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Laturi, luettu 05.02.2010
  7. ^ http://fi.wikipedia.org/wiki/Laturi, luettu 05.02.2010
  8. ^ http://solis.lappeenranta.fi/jyfl/kuntopyora/laturi.html, luettu 05.02.2010